肠道微生物对猪肌内脂肪的影响

2019-09-25 16:51:40      点击:

消费者对猪肉品质的要求越来越高,影响猪肉品 质的因素有很多,包括肌纤维直径、肉色、系水力及肌内脂肪(intramuscular fat, IMF)含量等,其中 ,IMF是影响猪肉品质的关键因素,它对肌肉组织的感官品 质、食用品质、加工储藏性能等均有重要影响。尽管猪脂肪沉积主要与宿主的遗传背景、食物及能量的摄入和消耗有关,但近年的研究证明,肠道微生物可作为环境因子调控机体脂肪代谢。探究肠道微生物对机体脂肪代谢调控的影响可为微生物调控 IMF 提供 研究思路,指导实际生产。

1 肌内脂肪概述

肉品质主要以肉色、pH值、系水力、IMF及嫩度 (剪切力)等指标作为客观考察依据。IMF是沉积在肌束和肌纤维之间的脂肪,对猪肉的多汁性、柔嫩度、 滋味、适口性和系水力等存在相关关系,是影响猪肉 品质的重要因素之一。这主要是因为IMF富含磷脂,而磷脂是肉类风味成分形成的重要前体物质,且其中的脂肪酸组成对肉品质也有重要的影响。此外,肌 内脂肪本身有多汁感和爽滑感,可以改善肉的嫩度。猪躯体组织中,脂肪组织是发育最晚的组织,而 IMF则是脂肪组织中发育最晚的。脂肪组织由脂肪细胞、前脂肪细胞、微血管内皮细胞和细胞外基质等组成, 动物体皮下脂肪厚度与IMF含量则取决于体内脂肪合成代谢与分解代谢的动态平衡,受到脂肪的合成、分解及脂肪酸的转运等方面的调控。

IMF 均匀分布于肌肉组织,与肌肉中的膜蛋白质紧密结合在一起,其含量取决于脂肪的前体细胞(多小室脂肪细胞)的数量与脂肪合成蓄积的能力。IMF的主要成分为磷脂(60%~70%),组成磷脂的脂肪酸主要是 C:16 和 C:8 脂肪酸,其含量达到98.5%,其他脂肪酸的含量很少。IMF 中饱和脂肪酸含量约占40% ~50% ,最常见的软脂酸(16:0)与硬脂酸(18:0),不饱和脂肪酸中含量最多的是油酸(18:1)占40%~50%。此外,还有亚油酸(18:2)、亚麻酸(18:3)、花生四烯酸(20:4)及不饱和度更高的脂肪酸,这 几种脂肪酸含量在 5%以下。猪主要在肝脏中合成脂肪酸,利用血液中的葡萄糖,通过三羧酸循环产生乙酰辅酶A,进入长链脂肪酸的合成。猪合成脂肪的部位主要在脂肪组织中,其合成受相关酶活性的直接调控,因此,任何影响脂肪酸或脂肪代谢相关酶的活性或者含量的因素都会影响脂肪的合成。机体脂肪可在激素敏感酯酶(hormone sensitive lipase, HSL)、二酰甘油酯酶(diacyl glyceroesterase)和单酰甘油酯 酶(monyl glyceresterase)的作用下水解为游离脂肪酸和甘油,由于HSL的水解活性远小于另外两种酶,HSL成为脂肪水解过程的限速酶,也是影响动物脂肪 含量的关键酶之一。HSL的活性受到级联反应机制调控,其中重要的调控因子是cAMP。cAMP作为第二信使激活细胞内cAMP-依赖性蛋白激酶,活化HSL,调控脂肪的分解。

2 肠道微生物概述及其对脂肪沉积的影响
2.1 肠道微生物及其与动物脂肪沉积的相互影响

肠道中微生物区系是微生物群体及其宿主经过相互作用而自然选择的结果。消化道微生物区系可看做宿主的一个器官,能消耗、储蓄并分配能量,介导机体生理生化途径。微生物可降解食物中宿主自身无法消化的营养成分,如果胶、纤维素、半纤维素和抗性淀粉等,产生单糖、短链脂肪酸等利于宿主吸收的小分子营养物质,对于宿主的生理活动具有重要意义。猪肠道中的厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)细菌占肠道细菌的90%以上,其中革兰氏阳性的厚壁菌门占人肠道细菌的 60%~66%,占猪肠道细菌的80%以上,革兰氏阴性的拟杆菌门占猪结肠中总细菌的2.4%~12.5%。

尽管脂肪沉积主要与宿主的遗传背景、食物及能量的摄入和消耗有关,但近年的研究证明肠道微生物与机体脂肪沉积之间可相互影响。Backhed 等(2004) 将正常鼠肠道中微生物或多形拟杆菌移植到无菌鼠上,在采食量没有增加的情况下,无菌鼠的脂肪沉积增加了。此外,机体脂肪沉积对肠道微生物也有影响,脂肪沉积不同,肠道微生物也不同。Ley(2006)比较了肥胖人群与瘦人粪便中肠道微生物的组成,发现 肥胖人群粪便中厚壁菌门显著高于瘦人组,而拟杆菌门则低于瘦人组。这些结果表明肠道微生物与机体 脂肪沉积相互影响。

2.2 微生物对猪肌内脂肪的影响及其作用机制

孙建广等(2010)的研究表明,添加金霉素后会增 加猪肌内脂肪的含量,而饲喂乳酸杆菌则有降低育肥猪肌内脂肪含量的趋势。何叶如(2003)的结果表明,含乳酸杆菌的复合菌制剂可显著提高生长育肥猪的肌内脂肪含量。在育肥猪日粮中添加1%的德氏乳杆菌有降低背最长肌肌内脂肪含量的趋势,但显著 增加了背最长肌中风味氨基酸含量。马广等(2014)的研究表明,复合菌固态发酵全价饲料能显著提高生长猪背最长肌肌内脂肪的含量。关于微生物对动 物肌内脂肪影响的研究结果并不统一,可能与试验动物生长阶段、添加菌种及取样部位不同有关。

研究者认为微生物影响机体脂肪沉积的机制主 要有以下几种:①降解宿主难以消化的多糖,生成单糖和短链脂肪酸,可刺激肝脏脂肪的合成;②发酵产生的SCFAs,直接调控脂质代谢相关基因的表达或作为信号分子,调控机体代谢;③微生物直接促进了机体对脂肪酸的吸收。

微生物发酵产生的SCFAs对于猪等杂食性动物提供了额外的能量,长期影响能量摄入会造成脂肪沉积的差异。而不同的SCFAs 对脂质代谢的作用可能不同:结肠细胞首先消耗丁酸,从而抑制葡萄糖氧化,减少丙酮酸盐的动员。多数研究认为,乙酸可促进脂肪酸和胆固醇的合成,而丙酸则抑制肝脏中乙酸生成胆固醇和脂肪。Turnbaugh 等(2006)研究 证明,无菌鼠接种肥胖(ob/ob)或瘦(+/+)鼠的盲肠微 生物后,接种ob/ob 微生物的鼠在2周内的体脂明显高 于接种+/+微生物的鼠,生化指标分析证实ob/ob 鼠盲 肠中有更高的发酵终产物:丁酸和乙酸,且 ob/ob 鼠粪中能量残留明显较瘦鼠更低。进一步的分析表明,肥胖鼠与ob/ob鼠肠道微生物中厚壁菌门/拟杆菌门的比例更高,而ob/ob(高厚壁菌门/拟杆菌门比例)的微生物DNA 中富含一些编码裂解多糖起始酶的环境基 因标记(environmental gene tags, EGTs),它们涉及淀 粉/蔗糖代谢、半乳糖代谢等途径,能裂解前场未能消化的日粮多糖,为机体提供能量。微生物发酵产生的SCFA 可调控脂肪代谢相关基因的表达。Vanhout⁃ vin等(2009)研究了丁酸对基因转录水平的影响,结 果表明,丁酸上调了编码柠檬酸合酶(citrate syn⁃ thase,CS)、琥 珀 酸 脱 氢 酶(succinate dehydrogenase,SDHD)、肉 碱 棕 榈 酰 基 转 移 酶 1(carnitine palmity- CoA transferase1, CPT1)及线粒体呼吸链5类复合体中部分基因的转录水平。丁酸对基因表达的调控与其对组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylation, HDACs)的抑制作用有关。组蛋白去乙酰化后,DNA更紧的缠绕在组蛋白上,转录因子不易结合 DNA,从 而造成基因表达的下调,丁酸抑制HDACs后,组蛋白乙酰化程度增加,基因转录上调。此外,SCFAs可以作为信号分子激活G蛋白偶联受体 41(G-protein- coupled receptor 41,GPR41)抑制cAMP的产生、激活GPR43(FFAR2)调控肠道中胰高血糖素样肽-1(glucagon-like peptide,GLP-1)的分泌从而调控脂肪组织 中的脂肪合成与分解。Semova等(2012)的 研究表明,在微生物存在的情况下,宿主对日粮中脂肪酸的吸收率提高,增加了肠上皮细胞 中脂肪小滴的数量和体积,并增加了肝脏中脂肪的沉积。Lin 等(2017)的研究表明,营养丰 富和营养缺乏的培养基中生长的大肠杆菌对宿主脂肪沉积的影响不同,其中营养缺乏培养基中生长的大肠杆菌会促进机体脂肪的沉积,这种现象可能是通过调控线粒体功能来实现的,说明除了微生物本身的功能外,肠道微生物可以作为环境因子影响机体脂肪沉积。

3 总 结

IMF 作为影响猪肉品质的重要因素,其含量对猪肉质量具有重要意 义。近年研究表明,除了日粮营养、 动物品种及饲养环境等影响因素,肠 道微生物对调控机体脂肪沉积也具 有重要意义。虽然探讨肠道微生物 与IMF之间关系的研究目前仍较少, 但我们也可从微生物调控机体脂肪代谢的规律中得到启发,在生产中合理利用微生物实现生产目标。

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